40、网络自适应QoS控制与固定宽带住宅网关QoS管理

最新推荐文章于 2025-10-31 10:01:55 发布

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分类专栏：多媒体网络管理前沿文章标签： QoS控制网络自适应住宅网关

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网络自适应QoS控制与固定宽带住宅网关QoS管理

网络自适应QoS控制

在网络视频流传输中，为了提供可靠且一致的端到端服务保障，提出了一种可扩展且自适应的QoS映射框架。该框架由主动QoS控制和被动QoS控制功能组成，主要研究网络自适应被动QoS控制，通过在主动基于类的QoS控制之上提出网络反馈机制来提高视频流的QoS。

视频质量对比
- 使用客观质量指标PSNR（峰值信噪比）来计算原始源视频序列和接收视频序列之间的差异。视频轨迹的平均原始PSNR约为34.76 dB（理想情况）。
- 对比了不同QoS控制的PSNR性能，在各种资源供应不足的情况下，PQ - NBF的客观PSNR质量优于PQ - only。
- 从图8（a）和图8（b）中对应的解码视频帧快照可以看出，在时变网络负载条件下，PQ - NBF的视觉质量在平均或实例意义上更优。
QoS控制框架
- 主动QoS控制 ：基于类的QoS控制，对不同类型的流量进行分类管理。
- 被动QoS控制 ：通过网络反馈机制，利用ECN（显式拥塞通知）机制在网络和终端系统之间进行交互，以实现QoS增强。
实验结果
- 通过视频轨迹的模拟实验表明，所提出的QoS控制在DiffServ网络中显著提高了视频流的质量。

固定宽带住宅网关QoS管理

如今，QoS管理是当前宽带住宅网关开发中的一项必备功能。为了提供可靠的端到端QoS解决方案，需要分步骤处理不同QoS域之间的互连。

下一代网络（NGN）与IMS
- NGN概述 ：NGN是基于分组交换技术的多服务网络，主要使用IP协议提供端到端连接。3GPP Release 6定义的IP多媒体子系统IMS是NGN架构在移动领域的首次实例化，而IST MUSE欧洲项目则专注于多服务宽带固定接入网络场景。
- IMS的应用 ：IMS正迅速成为实时多媒体通信服务的事实标准，它不仅适用于3G移动网络，还为任何固定或无线网络以及所有基于IP的网络提供了出色的服务部署架构。IMS标准定义了会话管理、访问控制、移动性管理、服务控制和计费等开放接口，使用SIP作为主要信令协议，允许独立软件开发者创建下一代服务。
固定宽带接入网络标准化
- 标准制定机构 ：ETSI - TISPAN在NGN框架下为宽带固定和移动接入的电信网络定义和传播做出贡献，旨在促进网络和服务的融合，支持用户和服务的游牧性和移动性。
- TISPAN - NGN架构 ：如图1所示，Release 1中包含了一些关键网络元素，如连接用户驻地网络和接入网络的接入节点（AN）、终止L2连接的IP边缘节点（IP - EN）、提供资源请求和预留机制的资源和准入控制子系统（RACS）以及提供认证和自动配置服务的网络附件子系统（NASS）。
- 动态QoS控制架构
  - 保证QoS模型 ：服务通过预先预留的资源进行交付，RACS在接入网络中进行准入控制、吞吐量控制和流量监管。
  - 相对QoS模型 ：通过为特定IP流量类分配单独的队列并在IP - EN和接入网络中进行优先级调度来实现流量类区分（DiffServ）。
- 资源预留机制
  - 代理QoS预留请求（政策推送） ：终端设备（TE）不支持原生QoS信令机制，当用户使用基于SIP的信令调用特定服务时，RACS负责QoS授权和资源预留。
  - CPE请求QoS预留（政策拉取） ：TE能够通过用户平面上的专用信令发送QoS请求，RACS通过信令通道向TE发送授权令牌。

以下是TISPAN - NGN架构中各元素的功能表格：
| 元素 | 功能 |
| ---- | ---- |
| AN | 连接用户驻地网络和接入网络 |
| IP - EN | 终止L2连接 |
| RACS | 提供资源请求和预留机制，进行准入控制、吞吐量控制和流量监管 |
| NASS | 提供认证和自动配置服务 |

mermaid流程图展示TISPAN - NGN架构：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(用户终端TE):::process --> B(住宅网关RGW):::process
    B --> C(接入节点AN):::process
    C --> D(IP边缘节点IP - EN):::process
    D --> E(核心网络):::process
    F(资源和准入控制子系统RACS):::process --> C
    F --> D
    G(网络附件子系统NASS):::process --> B
    G --> C
    H(应用功能/呼叫和会话控制功能AF/CSCF):::process --> E
    I(服务策略决策功能SPDF):::process --> H
    I --> C
    I --> D

住宅网关架构
- MUSE宽带接入场景
  - 网络分段 ：包括家庭网络、接入网络和服务提供商网络。家庭网络中的QoS供应不在MUSE和TISPAN标准化范围内，但RGW是关键网络元素。接入网络中的A - RACS在QoS供应中起着重要作用，其与AN和EN之间的接口仍在标准化过程中。
  - 相关接口 ：“Rq”、“Gq”和“Ia”接口用于连接服务提供商网络和接入网络。AF/CSCF为应用程序提供所需资源，SPDF根据从AF/CSCF获得的策略设置信息进行策略决策，并通过“Rq”和“Ia”接口向AF和边缘路由器授权QoS资源。
  - QoS模型 ：考虑了服务导向模型和基于应用信令的模型。服务导向模型中，服务提供商负责向接入网络提供商请求资源并配置RGW或TE；基于应用信令的模型中，终端用户能够通过标准SIP信令向服务提供商请求服务。
- 住宅网关QoS管理
  - 信令中继场景（SRS）
    - 步骤：
      - 终端设备（TE）向服务提供商的AF/CSCF发送基于SIP的信令，开始端到端会话特性协商。
      - RGW检测到该流量并透明地将其发送到接入网络。
      - AF/CSCF通过“Gq”接口向SPDF/RACS指示与服务请求相关的资源。
      - SPDF/RACS检查接入网络是否能够提供协商的QoS，如果不能，可修改QoS特性。
      - 成功协商后，SPDF/RACS授权会话使用资源，并配置接入网络中的相应节点。
      - 建立IP媒体流。
  - 信令代理场景（SPS）
    - 当RGW检测到非SIP终端或SIP终端但无QoS扩展的会话请求时，代表TE向AF/CSCF发送相应的SIP信令。后续步骤与SRS类似。

这两种场景在RGW处理信令消息时都有较大的性能开销，因此测量RGW原型在SIP信令处理方面的性能与用户数据消息处理性能的对比非常重要。通过基于Click!模块化路由器平台实现的RGW原型，可以展示扩展网关设备功能的创新方式以及所提出的住宅网关架构的可行性。

网络自适应QoS控制与固定宽带住宅网关QoS管理

网络自适应QoS控制与固定宽带住宅网关QoS管理的关联与影响

网络自适应QoS控制和固定宽带住宅网关QoS管理虽然侧重点不同，但在实际的网络环境中存在着紧密的关联，并且相互影响。

对视频流服务的协同作用
- 在视频流传输场景中，网络自适应QoS控制通过主动和被动控制机制，根据网络状况动态调整视频流的质量，以保证视频的流畅性和清晰度。而固定宽带住宅网关QoS管理则从端到端的角度，确保视频流在家庭网络、接入网络和服务提供商网络之间的顺利传输。
- 例如，当网络负载增加时，网络自适应QoS控制中的PQ - NBF机制可以提高视频的PSNR质量，减少视频卡顿和失真。同时，住宅网关的QoS管理可以根据视频流的需求，合理分配网络资源，优先保障视频流的传输，进一步提升用户的观看体验。
对网络资源利用的优化
- 网络自适应QoS控制通过ECN机制在网络和终端系统之间进行交互，实现资源的动态分配，避免资源的浪费。固定宽带住宅网关QoS管理则通过RACS和SPDF等机制，对网络资源进行准入控制和策略决策，确保资源的合理使用。
- 以服务导向模型为例，服务提供商可以根据用户的需求，向接入网络提供商请求资源，并配置住宅网关，使得网络资源能够精准地分配到各个服务中，提高资源的利用效率。
对网络稳定性的保障
- 网络自适应QoS控制可以实时监测网络状况，当网络出现拥塞时，及时调整视频流的传输策略，保证视频流的稳定传输。固定宽带住宅网关QoS管理则通过对不同类型的流量进行分类管理和优先级调度，避免某些高流量应用占用过多的网络带宽，影响其他服务的正常运行。
- 在信令中继场景和信令代理场景中，住宅网关能够准确地处理SIP信令，确保会话的正常建立和资源的合理分配，从而提高网络的稳定性。

未来发展趋势与挑战

随着网络技术的不断发展和用户对服务质量要求的不断提高，网络自适应QoS控制和固定宽带住宅网关QoS管理面临着新的发展趋势和挑战。

发展趋势
- 智能化 ：未来的QoS控制和管理将更加智能化，能够自动感知网络状况和用户需求，实时调整资源分配策略。例如，利用人工智能和机器学习技术，对网络流量进行预测和分析，提前做出资源分配决策。
- 融合化 ：网络自适应QoS控制和固定宽带住宅网关QoS管理将与其他网络技术进行深度融合，如软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）。通过SDN和NFV技术，可以实现网络资源的灵活调配和管理，提高网络的可扩展性和灵活性。
- 标准化 ：随着技术的发展，相关的标准将不断完善和统一。ETSI - TISPAN等标准制定机构将继续推动固定宽带接入网络的标准化工作，确保不同厂商的设备和系统能够互联互通，提供一致的服务质量。
挑战
- 技术复杂性 ：智能化和融合化的发展趋势使得QoS控制和管理的技术复杂度不断增加。例如，在融合SDN和NFV技术时，需要解决不同技术之间的兼容性和互操作性问题。
- 安全问题 ：随着网络的开放性和复杂性增加，QoS控制和管理面临着更多的安全威胁。例如，恶意攻击者可能通过篡改SIP信令或伪造QoS请求，破坏网络的正常运行。
- 用户需求多样性 ：不同用户对服务质量的需求存在差异，如何满足用户的个性化需求是一个挑战。例如，一些用户对视频流的质量要求较高，而另一些用户则更关注网络的稳定性和低延迟。

应对策略与建议

为了应对未来的发展趋势和挑战，需要采取一系列的应对策略和建议。

技术研发与创新
- 加大对智能化QoS控制和管理技术的研发投入，如人工智能、机器学习和大数据分析等。通过这些技术，提高QoS控制和管理的准确性和效率。
- 积极探索SDN和NFV技术在QoS控制和管理中的应用，解决技术兼容性和互操作性问题，实现网络资源的灵活调配和管理。
安全保障
- 加强网络安全防护，采用加密技术和认证机制，确保SIP信令和QoS请求的安全性。例如，对SIP信令进行加密传输，防止信令被篡改和伪造。
- 建立安全监测和应急响应机制，及时发现和处理网络安全事件。例如，实时监测网络流量，当发现异常流量时，及时采取措施进行防范和处理。
用户需求满足
- 深入了解用户的需求，提供个性化的QoS服务。例如，根据用户的使用习惯和偏好，为用户提供定制化的网络资源分配方案。
- 加强用户教育，提高用户对QoS的认识和理解，让用户能够根据自己的需求合理选择服务和配置设备。

以下是应对策略与建议的总结表格：
| 应对方向 | 具体策略 |
| ---- | ---- |
| 技术研发与创新 | 加大智能化技术研发投入，探索SDN和NFV技术应用 |
| 安全保障 | 加强网络安全防护，建立安全监测和应急响应机制 |
| 用户需求满足 | 提供个性化服务，加强用户教育 |

mermaid流程图展示应对策略的实施流程：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(识别发展趋势和挑战):::process --> B(技术研发与创新):::process
    A --> C(安全保障):::process
    A --> D(用户需求满足):::process
    B --> E(加大智能化技术研发投入):::process
    B --> F(探索SDN和NFV技术应用):::process
    C --> G(加强网络安全防护):::process
    C --> H(建立安全监测和应急响应机制):::process
    D --> I(提供个性化服务):::process
    D --> J(加强用户教育):::process

综上所述，网络自适应QoS控制和固定宽带住宅网关QoS管理在网络服务质量保障中起着至关重要的作用。通过深入研究它们的关联和影响，积极应对未来的发展趋势和挑战，采取有效的应对策略和建议，可以进一步提高网络的性能和用户的满意度，推动网络技术的不断发展。